岩石深孔爆破技术新进展s.docx

1、中 国 地 质 大 学 学 术 著 作 出 版 基 金 资 助岩 石 深 孔 爆 破 技 术 新 进 展周 传 波 何 晓 光 郭 廖 武 张 敢 生 著中 国 地 质 大 学 出 版 社图 书 在 版 编 目 ( CIP ) 数 据岩 石 深 孔 爆 破 技 术 新 进 展 / 周 传 波 , 何 晓 光 , 郭 廖 武 , 张 敢 生 著 .武 汉 : 中 国 地 质 大 学 出 版 社 , 2005 .3ISBN 7 56 25 1988 9 .岩 . 周 何 郭 张 .爆 破 工 程 理 论 与 应 用 研 究 .TD23岩 石 深 孔 爆 破 技 术 新 进 展 周 传 波 何 晓

2、光 郭 廖 武 张 敢 生 著责 任 编 辑 : 徐 润 英 责 任 校 对 : 胡 义 珍出 版 发 行 : 中 国 地 质 大 学 出 版 社 ( 武 汉 市 洪 山 区 鲁 磨 路 388 号 ) 邮 编 :430074电 话 : (027 )87482760 传 真 :87481537 E-m ail : cbb cug .edu .cn经 销 : 全 国 新 华 书 店 h t tp :/ / w ww .cugp .cn开 本 : 787 毫 米 1092 毫 米 1/ 16 字 数 : 310 千 字 印 张 : 12. 25版 次 : 2005 年 3 月 第 1 版 印 次

3、: 2005 年 3 月 第 1 次 印 刷印 刷 : 中 国 地 质 大 学 出 版 社 印 刷 厂 印 数 : 11000 册ISB N 7 5625 19 88 9/ TD 25 定 价 : 35. 00 元如 有 印 装 质 量 问 题 请 与 印 刷 厂 联 系 调 换前 言近 几 十 年 来 , 随 着 大 、 中 型 钻 孔 机 械 的 出 现 和 改 进 , 深 孔 爆 破 技 术 在 我 国 国 民 经 济 中 的 应 用 得 到 了 迅 速 的 发 展 。 目 前 , 它 是 石 方 开 挖 和 露 天 采 矿 施 工 中 的 主 要 爆 破 方 法 。 在 俄 罗 斯 、

4、 美 国 等 技 术 先 进 的 国 家 , 深 孔 爆 破 在 筑 路 工 程 中 的 应 用 已 占 整 个 爆 破 工 程 量 的 90 % 以 上 。 在 我 国 大 中 型 矿 山 的 剥 离 、 开 挖 、 水 利 水 电 工 程 的 基 础 开 挖 及 铁 路 新 线 建 设 中 的 路 堑 开 挖 中 , 使 用 的 主 要 爆 破 方 法 也 是 深 孔 爆 破 。理 论 来 源 于 实 践 , 又 指 导 实 践 。 半 个 多 世 纪 以 来 , 我 国 的 深 孔 爆 破 技 术 在 大 量 实 践 的 基 础 上 已 有 长 足 的 进 步 和 发 展 , 广 大 爆

5、 破 技 术 工 作 者 在 实 践 中 取 得 了 许 多 宝 贵 的 成 果 与 经 验 。 但 爆 破 的 理 论 研 究 工 作 仍 落 后 于 工 程 实 践 , 现 有 的 一 些 深 孔 爆 破 技 术 应 用 方 法 大 都 基 于 经 验 或 半 经 验 法 , 缺 乏 足 够 的 理 论 依 据 。 本 书 归 纳 了 作 者 近 年 来 从 事 深 孔 爆 破 技 术 理 论 与 应 用 研 究 的 主 要 成 果 , 包 括 利 文 斯 顿 爆 破 漏 斗 理 论 现 场 应 用 技 术 、 深 孔 爆 破 的 岩 体 可 爆 性 评 价 、 深 孔 爆 破 一 次 成

6、 井 掏 槽 方 式 的 数 值 模 拟 优 化 、 深 孔 爆 破 物 理 模 型 试 验 、 异 直 径 深 孔 爆 破 技 术 研 究 、 一 次 爆 破 成 井 现 场 应 用 研 究 、 深 孔 爆 破 块 度 分 布 预 测 模 型 研 究 、 深 孔 爆 破 振 动 效 应 的 测 试 与 分 析 等 内 容 。 著 写 本 书 的 目 的 : 一 方 面 在 于 引 导 大 家 应 用 当 今 科 学 的 理 论 和 方 法 研 究 和 解 决 深 孔 爆 破 技 术 应 用 问 题 , 使 其 向 科 学 化 、 控 制 化 的 方 向 发 展 ; 另 一 方 面 期 望 其

7、 在 深 孔 爆 破 技 术 实 践 应 用 中 , 起 到 参 考 借 鉴 作 用 。本 书 可 供 从 事 冶 金 、 煤 炭 、 道 路 交 通 、 水 利 水 电 、 军 工 等 部 门 涉 及 爆 破 理 论 及 其 工 程 技 术 应 用 的 科 研 人 员 、 工 程 技 术 人 员 , 以 及 涉 及 爆 破 理 论 与 技 术 领 域 的 高 等 院 校 相 关 专 业 的 师 生 参 考 。由 于 写 作 时 间 仓 促 , 加 之 作 者 水 平 有 限 , 书 中 的 错 误 在 所 难 免 , 恳 请 读 者 批 评 指 正 。著 者2004 年 11 月 于 武 汉

8、目 录第 一 章 爆 破 漏 斗 试 验 技 术 在 深 孔 爆 破 中 的 应 用 ( 1)1 .1 问 题 的 提 出 ( 1)1 .2 利 文 斯 顿 ( C .W .Livings ton ) 爆 破 漏 斗 理 论 ( 1)1 .3 爆 破 漏 斗 试 验 在 深 孔 一 次 成 井 爆 破 中 的 应 用 ( 3)1 .4 爆 破 漏 斗 试 验 在 确 定 大 直 径 深 孔 采 矿 爆 破 参 数 中 的 应 用 (10)1 .5 基 于 爆 破 漏 斗 试 验 技 术 的 炸 药 单 耗 确 定 (22)第 二 章 深 孔 爆 破 的 岩 体 可 爆 性 评 价 (25)2

9、.1 问 题 的 提 出 (25)2 .2 岩 体 可 爆 性 的 影 响 因 素 与 分 级 方 法 综 述 (25)2 .3 评 价 指 标 的 选 择 与 测 定 方 法 (29)2 .4 深 孔 爆 破 地 段 岩 体 可 爆 性 评 价 与 结 论 (35)第 三 章 深 孔 爆 破 一 次 成 井 掏 槽 方 式 的 数 值 模 拟 优 化 (36)3 .1 问 题 的 提 出 (36)3 .2 深 孔 一 次 爆 破 成 井 研 究 与 应 用 现 状 (36)3 .3 爆 破 数 值 模 拟 研 究 进 程 (41)3 .4 三 维 动 力 有 限 元 算 法 原 理 (43)

10、3 .5 掏 槽 方 式 优 化 数 值 模 拟 (52)3 .6 本 章 结 论 (67)第 四 章 深 孔 爆 破 物 理 模 型 试 验 (69)4 .1 研 究 现 状 及 意 义 (69)4 .2 爆 破 模 型 试 验 的 理 论 依 据 (70)4 .3 深 孔 爆 破 一 次 成 井 物 理 模 型 试 验 (73)4 .4 井 下 深 孔 采 矿 爆 破 的 模 型 试 验 (92)第 五 章 异 直 径 深 孔 爆 破 技 术 研 究 (95)5 .1 绪 论 (95)5 .2 变 直 径 深 孔 爆 破 应 力 场 的 三 维 有 限 元 分 析 (97)5 .3 变 直

11、 径 深 孔 爆 破 效 果 的 实 验 室 模 拟 ( 108)5 .4 变 直 径 深 孔 爆 破 高 速 摄 影 研 究 ( 116)5 .5 本 章 结 论 ( 122)第 六 章 深 孔 一 次 爆 破 成 井 现 场 应 用 研 究 ( 124)6 .1 现 场 应 用 条 件 概 况 ( 124)6 .2 凿 岩 与 爆 破 ( 126)6 .3 爆 破 振 动 监 测 ( 129)6 .4 爆 破 效 果 与 经 济 效 益 ( 132)第 七 章 深 孔 爆 破 块 度 分 布 预 测 模 型 研 究 ( 134)7 .1 概 述 ( 134)7 .2 现 场 小 台 阶 爆

12、 破 模 型 试 验 中 的 相 关 理 论 ( 140)7 .3 现 场 小 台 阶 模 型 试 验 与 结 果 ( 147)7 .4 试 验 数 据 分 析 处 理 ( 154)7 .5 爆 破 块 度 分 布 预 测 模 型 在 实 际 中 的 应 用 ( 163)7 .6 结 论 ( 168)第 八 章 深 孔 爆 破 振 动 效 应 的 测 试 与 分 析 ( 170)8 .1 问 题 的 提 出 ( 170)8 .2 现 场 测 试 ( 170)8 .3 测 试 与 结 果 ( 176)8 .4 测 试 数 据 处 理 与 分 析 ( 179)8 .5 爆 破 震 动 影 响 因

13、素 灰 关 联 分 析 ( 181)8 .6 结 论 与 建 议 ( 183)参 考 文 献 ( 185)第 一 章 爆 破 漏 斗 试 验 技 术 在 深 孔 爆 破 中 的 应 用 1 第一章 爆破漏斗试验技术在深孔爆破中的应用1. 1 问 题 的 提 出在 爆 破 理 论 的 发 展 过 程 中 , 爆 破 漏 斗 理 论 和 实 验 研 究 一 直 占 有 重 要 的 地 位 , 因 为 它 不 仅 可 以 作 为 合 理 选 择 爆 破 参 数 、 提 高 爆 破 效 率 的 基 础 , 而 且 可 以 通 过 对 不 同 的 炸 药 进 行 爆 破 漏 斗 实 验 和 对 比 分

14、析 , 为 选 用 炸 药 提 供 依 据 等 。 由 于 爆 破 漏 斗 的 这 些 基 础 性 作 用 , 在 爆 破 实 践 与 理 论 研 究 中 , 该 技 术 方 法 得 到 广 泛 应 用 。众 所 周 知 , 在 特 定 的 岩 石 条 件 下 的 深 孔 爆 破 , 不 同 性 能 的 炸 药 与 爆 破 参 数 , 其 爆 破 作 用 过程 和 破 碎 效 果 有 很 大 的 差 异 , 合 理 的 布 孔 参 数 、 与 岩 石 相 匹 配 的 炸 药 及 其 用 药 量 是 决 定 深 孔 爆 破 技 术 效 果 的 必 要 前 提 。 深 孔 爆 破 技 术 成 功

15、应 用 的 关 键 是 , 针 对 不 同 的 岩 石 条 件 , 必 须 了 解 岩 石 的 可 爆 性 , 并 选 择 与 此 爆 破 物 理 力 学 性 质 相 匹 配 的 炸 药 及 其 用 量 , 确 定 合 理 的 爆 破 参 数 。当 岩 石 条 件 和 炸 药 品 种 一 定 时 , 装 药 量 的 合 理 与 否 对 爆 破 效 果 起 着 决 定 性 的 作 用 。 药 量过 大 , 会 使 岩 石 过 度 破 坏 或 产 生 大 量 抛 掷 以 及 形 成 空 气 冲 击 波 ; 药 量 过 小 , 又 将 达 不 到 预 期 的爆 破 效 果 。 当 岩 石 条 件 改

16、 变 时 , 因 岩 石 的 非 均 质 性 和 多 变 性 , 不 同 的 岩 石 所 需 药 量 不 同 , 即 使 是 同 一 种 岩 石 , 由 于 裂 隙 、 层 理 等 的 影 响 , 所 要 求 的 爆 破 药 量 也 不 可 能 一 样 , 这 就 使 得 纯 理 论 的 装 药 量 计 算 几 乎 不 可 能 。目 前 , 工 程 上 大 都 根 据 经 验 公 式 确 定 上 述 影 响 参 量 , 然 而 , 由 于 种 种 因 素 的 影 响 , 经 验 数 据 的 选 定 往 往 具 有 很 大 的 盲 目 性 , 从 而 使 得 实 际 爆 破 效 果 常 常 与

17、预 期 目 标 相 差 较 远 。 对 于 球 状药 包 爆 破 可 通 过 爆 破 漏 斗 模 拟 试 验 直 接 利 用 立 方 根 相 似 定 律 进 行 求 算 。 但 对 于 深 孔 爆 破 技 术 而 言 , 采 用 的 是 垂 直 自 由 面 的 柱 状 药 包 或 平 行 自 由 面 的 条 形 药 包 , 如 何 确 定 装 药 量 , 及 其 他 相关 参 量 , 本 文 根 据 利 文 斯 顿 爆 破 漏 斗 理 论 , 以 最 佳 单 位 炸 药 消 耗 量 不 变 为 原 则 , 探 索 通 过 小 药量 下 的 爆 破 漏 斗 模 拟 试 验 , 推 求 这 些 参

18、 数 或 为 这 些 参 数 的 确 定 提 供 依 据 。综 上 所 述 , 建 立 在 利 文 斯 顿 爆 破 漏 斗 理 论 基 础 上 的 现 场 爆 破 漏 斗 试 验 , 在 深 孔 爆 破 技 术 中 具 体 应 用 目 的 可 归 纳 为 如 下 几 个 方 面 :(1 ) 选 择 与 岩 石 爆 破 相 适 应 的 炸 药 品 种 ; (2 ) 确 定 炸 药 单 耗 ;(3 ) 为 深 孔 爆 破 应 用 地 段 的 岩 石 可 爆 性 分 级 提 供 依 据 ; (4 ) 为 深 孔 凿 岩 、 爆 破 参 数 选 择 、 计 算 提 供 依 据 。1. 2 利 文 斯

19、顿 ( C .W .Livings t on ) 爆 破 漏 斗 理 论利 文 斯 顿 爆 破 漏 斗 理 论 又 称 能 量 平 衡 理 论 , 按 照 利 文 斯 顿 的 观 点 , 球 状 药 包 在 岩 石 内 爆 炸3 3 2 岩 石 深 孔 爆 破 技 术 新 进 展时 , 岩 石 的 变 形 和 破 坏 取 决 于 岩 石 单 元 体 通 过 爆 破 能 量 的 多 少 , 当 岩 石 条 件 一 定 时 , 爆 破 能 量的 大 小 又 取 决 于 药 包 的 重 量 , 炸 药 爆 炸 释 放 的 能 量 主 要 消 耗 在 岩 石 的 变 形 、 破 碎 、 破 裂 、 抛

20、 掷 以 及 形 成 空 气 冲 击 波 和 对 空 气 做 功 。 当 一 定 量 装 药 埋 置 深 度 由 深 向 浅 逐 渐 变 化 时 , 通 过 岩 石 单元 体 的 爆 破 能 量 将 逐 渐 增 加 , 岩 石 的 变 形 和 破 坏 加 重 。 利 文 斯 顿 将 使 能 量 变 化 的 埋 深 分 为 三种 : 临 界 埋 深 ( Le ) 、 最 佳 埋 深 ( Lj ) 、 过 渡 埋 深 ( Lg ) 。 在 临 界 埋 深 时 , 岩 石 所 吸 收 的 能 量 刚 好 达 到 饱 和 状 态 , 岩 石 表 面 开 始 隆 起 或 破 裂 , 但 无 漏 斗 生

21、成 ; 当 药 包 埋 深 大 于 临 界 埋 深 时 , 爆 破 能 量 完 全 被 岩 石 吸 收 , 岩 石 呈 弹 性 变 形 , 当 药 包 埋 深 小 于 临 界 埋 深 时 , 爆 破 能 量 除 被 岩 石 吸 收 外 , 还 有 一 部 分 能 量 用 于 抛 掷 和 形 成 空 气 冲 击 波 , 产 生 爆 破 漏 斗 。 从 传 给 爆 破 岩 体 的 能 量 观 点 来 看 , 药 包 埋 置 深 度 不 变 而 改 变 药 包 重 量 , 同 药 包 重 量 不 变 而 改 变 药 包 埋 置 深 度 会 有 相 同 的 效 果 。 据 此 , 利 文 斯 顿 研

22、究 了 在 药 包 重 量 不 变 的 情 况 下 药 包 埋 置 深 度 对 岩 石 破 坏 的 影 响 , 提 出 了 药 包 处 于 临 界 埋 深 Le 与 装 药 量 Q 之 间 的 关 系 为 :Le = E Q1/ 3 (1 1)式 中 : Le 临 界 埋 深 ( m ) ;E应 变 能 系 数 , 对 于 特 定 的 岩 石 与 炸 药 , E 为 常 数 ;Q球 状 药 包 重 量 ( kg ) 。随 着 埋 深 L 的 减 小 , 漏 斗 体 积 增 大 , 当 L = Lj 时 , 漏 斗 体 积 最 大 , 此 时 爆 破 能 量 利 用 率 最高 ; 埋 深 L 继

23、 续 减 小 , 漏 斗 体 积 也 随 之 减 小 , 消 耗 于 抛 掷 和 形 成 空 气 冲 击 波 的 能 量 增 大 , 此 时 药 包 埋 深 称 为 过 渡 埋 深 Lg 。利 文 斯 顿 把 药 包 埋 深 与 临 界 埋 深 的 比 值 称 为 深 度 比 , 用 表 示 , 即 : = LLe因 此 , 最 佳 埋 深 可 表 示 成 :(1 2)Lj = Le j = j E Q1/ 3 (1 3)式 中 : j 最 佳 埋 深 比 , j = Lj/ Le 。 对 于 特 定 的 岩 石 和 炸 药 j 为 常 数 。按 上 述 理 论 , 利 文 斯 顿 采 用 固

24、 定 药 量 改 变 埋 深 的 方 法 进 行 爆 破 漏 斗 试 验 , 获 得 了 大 量 的 数 据 , 根 据 试 验 结 果 作 出 了 漏 斗 特 征 曲 线 , 如 V/ Q L/ Le 曲 线 等 。 同 样 , 采 用 埋 深 不 变 改 变 药 量 进 行 爆 破 漏 斗 试 验 , 所 得 结 果 与 上 述 结 果 是 一 致 的 , 即 漏 斗 特 征 曲 线 相 同 。利 文 斯 顿 爆 破 漏 斗 理 论 是 建 立 在 球 状 药 包 试 验 基 础 上 的 , 球 状 药 包 爆 破 时 的 装 药 量 是 根据 立 方 根 相 似 定 律 计 算 的 ,

25、爆 破 立 方 根 相 似 定 律 是 指 同 一 种 炸 药 在 同 一 类 岩 石 中 爆 破 , 药 量 为 Q0 时 爆 出 某 一 特 定 效 果 的 爆 破 漏 斗 各 参 数 , 与 药 量 改 变 为 Q1 时 爆 出 的 另 一 爆 破 漏 斗 各 参 数 应满 足 :Lj1Lj0= Q1 Q01; Rj1Rj0 = Q1 Q01; Vj1Vj0 = Q1 Q0(1 4)式 中 : Q0 、 Q1 分 别 为 小 型 爆 破 漏 斗 试 验 和 大 直 径 深 孔 爆 破 所 用 的 药 包 重 量 ( kg ) ;Lj0 、 Lj1 分 别 为 小 型 爆 破 漏 斗 试

26、验 药 包 重 量 为 Q0 时 , 大 直 径 深 孔 爆 破 药 包 重 量 为 Q1时 的 最 佳 埋 深 ( m ) ;Rj0 小 型 爆 破 漏 斗 试 验 , 当 药 包 重 量 为 Q0 , 且 处 于 最 佳 埋 深 Lj0 时 的 最 佳 漏 斗 半 径( m ) ;第 一 章 爆 破 漏 斗 试 验 技 术 在 深 孔 爆 破 中 的 应 用 3 Rj1 为 大 直 径 深 孔 爆 破 , 当 药 包 重 量 为 Q1 , 且 处 于 最 佳 埋 深 Lj1 时 的 最 佳 漏 斗 半 径( m ) ;V j0 、 V j1 分 别 为 小 型 爆 破 漏 斗 试 验 在

27、Q0 、 Lj0 状 态 时 及 大 直 径 深 孔 爆 破 在 Q1 、 Lj1 状 态 时 的 爆 破 漏 斗 体 积 ( m3 ) 。根 据 最 佳 单 位 耗 药 量 不 变 ( 单 位 耗 药 量 是 指 破 碎 单 位 体 积 原 岩 的 炸 药 消 耗 量 ) , 并 假 设 不同 药 量 下 爆 破 漏 斗 形 状 相 似 的 基 本 原 则 , 也 可 以 得 到 深 孔 爆 破 柱 状 装 药 条 件 下 的 不 同 爆 破 漏斗 各 参 数 关 系 与 式 ( 1 4 ) 相 同 , 只 是 公 式 中 以 炮 孔 深 度 L 取 代 了 球 状 药 包 的 炸 药 埋

28、深 或 抵 抗 线 。式 (1 4 ) 说 明 , 通 过 采 用 重 量 为 Q0 的 球 状 药 包 进 行 小 型 爆 破 漏 斗 试 验 , 求 得 最 佳 埋 深 、 最 佳 漏 斗 半 径 和 最 佳 爆 破 漏 斗 体 积 之 后 , 即 可 以 求 出 在 重 量 为 Q1 的 球 状 药 包 进 行 大 直 径 深 孔 爆破 时 的 各 相 应 参 数 。1. 3 爆 破 漏 斗 试 验 在 深 孔 一 次 成 井 爆 破 中 的 应 用武 钢 大 冶 铁 矿 地 下 采 矿 车 间 采 用 无 底 柱 分 段 崩 落 法 回 采 矿 石 , 分 段 高 度 为 10m、 1

29、2m。 回 采 工 作 中 , 切 割 天 井 的 用 量 大 。 为 提 高 生 产 效 率 和 生 产 安 全 , 降 低 生 产 成 本 , 拟 试 验 研 究 深 孔爆 破 法 一 次 成 井 技 术 替 代 人 工 切 割 井 。对 深 孔 一 次 爆 破 成 井 而 言 , 在 确 定 的 掏 槽 方 式 与 保 证 凿 眼 质 量 的 前 提 下 , 选 定 与 岩 性 相 匹 配 的 炸 药 及 炮 孔 孔 网 参 数 是 十 分 重 要 的 。 为 此 , 爆 破 漏 斗 试 验 应 用 于 该 矿 深 孔 一 次 成 井 爆 破中 的 具 体 目 的 可 归 纳 为 :根

30、据 该 铁 矿 炸 药 厂 提 供 的 粘 性 硝 铵 和 2 # 岩 石 两 种 炸 药 品 种 , 通 过 单 孔 球 状 药 包 爆 破 漏 斗试 验 选 择 与 矿 岩 爆 破 相 适 应 的 炸 药 品 种 ; 确 定 标 准 爆 破 漏 斗 和 最 佳 爆 破 漏 斗 时 的 炸 药 单 耗 , 为 一 次 爆 破 成 井 的 岩 体 可 爆 性 评 价 提 供 依 据 ; 在 单 孔 爆 破 漏 斗 试 验 的 基 础 上 , 进 行 变 孔 距 同 段 爆 破 漏 斗 试 验 , 确 定 炮 孔 间 距 与 最 佳 爆 破 漏 斗 半 径 的 关 系 , 为 凿 岩 、 爆 破

31、 参 数 设 计 提 供 依 据 。本 次 爆 破 漏 斗 试 验 的 基 本 方 法 是 通 过 单 孔 爆 破 漏 斗 试 验 , 绘 出 爆 破 漏 斗 的 特 征 曲 线 , 求 得 试 验 条 件 下 的 临 界 埋 深 、 应 变 能 系 数 、 最 佳 埋 深 、 炸 药 单 耗 等 参 数 。 之 后 , 以 最 佳 埋 深 为 装 药 深 度 , 进 行 变 孔 距 多 孔 同 段 爆 破 漏 斗 试 验 , 以 验 证 和 选 择 深 孔 爆 破 的 孔 间 距 。 所 以 , 小 型 爆 破 漏斗 试 验 对 大 直 径 深 孔 凿 岩 、 爆 破 设 计 有 着 重 大

32、 的 指 导 意 义 。为 客 观 、 真 实 地 确 定 一 次 爆 破 成 井 的 相 关 参 量 , 现 场 爆 破 漏 斗 试 验 地 点 选 择 在 与 深 孔 一 次 爆 破 成 井 试 验 地 点 岩 性 相 同 或 接 近 的 地 段 。经 现 场 调 查 , 试 验 地 点 选 择 在 - 60m 水 平 7 # 9 # 回 采 巷 道 间 的 上 盘 切 割 巷 及 7 # 回 采 巷道 的 上 盘 段 的 帮 壁 上 。 漏 斗 试 验 平 面 位 置 如 图 1 1 所 示 。为 了 解 矿 体 节 理 裂 隙 对 爆 破 漏 斗 试 验 的 影 响 程 度 和 确 定

33、 试 验 钻 孔 的 直 径 与 孔 距 , 试 验 炮孔 凿 岩 前 对 试 验 地 段 的 岩 体 裂 隙 地 质 情 况 进 行 了 现 场 调 查 , 调 查 结 果 发 现 , 该 区 域 岩 性 主 要 为 蚀 变 的 闪 长 岩 , 岩 体 主 要 成 块 状 分 布 , 裂 隙 不 太 发 育 , 岩 体 稳 定 性 较 好 , 与 一 次 爆 破 成 井 试 验 地 段 的 岩 体 地 质 情 况 基 本 一 致 。经 现 场 取 样 测 试 , 所 得 试 验 地 段 的 主 要 岩 石 物 理 力 学 性 质 如 表 1 1 所 示 。 4 岩 石 深 孔 爆 破 技 术

34、 新 进 展图 1 1 漏 斗 试 验 的 平 面 位 置 示 意 图1 爆 破 漏 斗 试 验 地 段 岩 石 物 理 力 学 性 质 测 试 值试 样 编 号 岩 性 天 然 密 度 ( g/ c m3 ) 单 轴 抗 压 强 度 ( MP a ) 抗 拉 强 度 ( MP a ) 变 形 模 量 ( GP a ) 泊 松 比 弹 性 模 量 ( GP a )1 灰 绿 1 1 2 5. 4 8 2. 0 8 3. 52 夹 红 色 1 2 1 6 . 43 8 8. 0 1 06 . 33 1 3 9 6 . 45 1 33 . 3 1 41 . 7平 均闪 长 岩2. 8 51 2 4

35、 6 . 09 1 01 . 10. 2 21 10 . 5本 次 现 场 爆 破 漏 斗 试 验 分 为 单 孔 和 变 孔 距 多 孔 同 段 爆 破 漏 斗 试 验 。 单 孔 爆 破 漏 斗 试 验 布 孔 的 原 则 是 要 求 各 孔 爆 破 后 形 成 的 漏 斗 互 不 干 扰 , 孔 口 尽 可 能 有 足够 大 的 平 整 自 由 面 , 钻 孔 轴 线 要 垂 直 于 帮 壁 , 深 孔 和 浅 孔 交 替 布 置 。 根 据 类 似 岩 性 爆 破 漏 斗 试 验 结 果 的 爆 破 漏 斗 半 径 , 设 计 相 邻 炮 孔 间 距 均 在 2. 5m 以 上 。 设

36、 计 孔 深 0. 4 1. 2m , 1 # 14 #共 14 个 孔 按 设 计 埋 深 布 置 。根 据 现 场 条 件 , 单 孔 爆 破 漏 斗 试 验 采 用 矿 山 自 产 的 粘 性 粒 状 硝 铵 炸 药 和 2 # 岩 石 炸 药 两 种炸 药 品 种 , 其 性 能 如 表 1 2 所 示 。 试 验 采 用 42mm 孔 径 的 炮 孔 。 孔 间 距 2. 5 3 m , 钻 孔 孔 口距 巷 道 顶 底 板 1. 5 1. 6m , 孔 深 0. 4 1. 3 m。 在 每 个 炮 孔 内 装 填 带 有 1 个 起 爆 药 包 的 硝 铵 粘性 炸 药 或 2 #

37、 岩 石 炸 药 (250g 或 300g) , 采 用 球 状 药 包 装 药 , 药 卷 直 径 40mm。 单 孔 爆 破 漏 斗 试验 布 孔 如 图 1 2 所 示 的 1 # 14 # 炮 孔 。2 两 种 炸 药 性 能 参 数 表炸 药 种 类 密 度 ( g/ c m3 ) 爆 速 ( m/ s ) 猛 度 ( mm ) 爆 力 ( ml )2 # 岩 石 炸 药粘 性 硝 铵 炸 药0. 9 1 . 100. 85 0 . 953 2 0 02 8 0 01 21 83 2 02 8 0根 据 单 孔 爆 破 漏 斗 试 验 结 果 的 最 佳 爆 破 漏 斗 深 度 ,

38、钻 凿 4 个 孔 间 距 分 别 为 0. 9m、 1. 2m、 1. 6m 的 炮 孔 , 以 最 佳 炮 孔 埋 深 为 药 包 装 药 深 度 , 炮 孔 内 分 别 装 填 300g 的 匹 配 性 炸 药 。 同 时 , 为 了 解 空 孔 对 爆 破 效 果 的 影 响 , 还 利 用 4 个 爆 破 孔 间 原 声 波 测 试 留 下 的 5 个 56mm 的 空 孔 , 以 观 察 装 药 孔 与 孔 空 的 最 佳 间 距 。 其 炮 孔 布 置 见 图 1 2、 图 1 3 中 的 残 孔 1 # 5 # 。#D第 一 章 爆 破 漏 斗 试 验 技 术 在 深 孔 爆

39、破 中 的 应 用 5 图 1 2 单 孔 与 多 孔 漏 斗 试 验 炮 孔 平 面 布 置 示 意 图图 1 3 多 孔 漏 斗 试 验 炮 孔 立 面 布 置 示 意 图 ( 单位 : mm )多 孔 同 段 爆 破 漏 斗 试 验 采 用 单 孔 爆 破 漏 斗 试 验 选 定 的 炸 药 , 共 布 孔 径 为 42mm 的 水 平 孔4 个 , 孔 深 以 第 一 次 试 验 所 得 的 最 佳 漏 斗 深 度 为 准 。 其 炮 孔 布 置 见 图 1 2、 图 1 3 中 的 变 孔1 4 # 。根 据 爆 破 漏 斗 相 似 定 律 误 差 分 析 结 果 , 当 爆 破 漏

40、 斗 试 验 结 果 ( Lj0 或 Rj0 ) 存 在 误 差 为 时 ,则 导 致 大 直 径 深 孔 爆 破 漏 斗 参 数 ( Lj1 或 Rj1 ) 的 绝 对 误 差 为 : = Q1Q01 3= (1 5)d式 中 : D大 直 径 深 孔 爆 破 孔 径 , = 85mm ;d小 型 爆 破 漏 斗 试 验 炮 孔 直 径 ( mm ) 。从 上 式 可 以 看 出 , 小 型 爆 破 漏 斗 试 验 孔 径 ( d) 与 大 直 径 深 孔 爆 破 孔 径 ( D) 相 差 越 大 , 则 爆 破 漏 斗 试 验 引 起 的 误 差 值 也 越 大 。 基 于 此 分 析 ,

41、 且 考 虑 试 验 地 段 节 理 裂 隙 较 发 育 , 爆 破 漏 斗 试 验 的 孔 径 不 宜 过 小 。 但 考 虑 爆 破 对 巷 道 的 稳 定 性 影 响 、 且 现 场 凿 岩 条 件 的 限 制 , 试 验 炮 孔 采 用 42 mm 孔 径 的 炮 孔 。装 药 前 , 对 个 别 较 深 的 炮 孔 用 炮 泥 调 整 到 设 计 装 药 深 度 , 而 后 用 炮 棍 装 填 药 包 。 药 包 装 入 设 计 位 置 后 , 再 在 孔 口 堵 塞 一 定 长 度 的 炮 泥 。 炸 药 起 爆 , 对 于 无 雷 管 起 爆 感 度 的 粘 性 硝 铵 炸i 6

42、 岩 石 深 孔 爆 破 技 术 新 进 展药 , 采 用 重 50g 的 2 # 岩 石 硝 铵 炸 药 作 起 爆 药 包 , 2 # 岩 石 炸 药 用 非 电 毫 秒 雷 管 直 接 起 爆 。 每 次爆 破 不 相 邻 的 炮 孔 2 4 个 。 对 个 别 爆 后 余 孔 较 深 、 岩 石 较 完 整 的 残 孔 进 行 再 利 用 , 以 增 加 爆 破 漏 斗 试 验 数 据 。(1 ) 爆 破 漏 斗 体 积 测 量以 垂 直 炮 孔 轴 线 的 平 面 ( 沿 巷 道 中 心 线 垂 直 巷 道 顶 底 板 ) 作 为 基 准 面 , 如 图 1 4、 图 1 5 所 示

43、 。 在 爆 破 前 后 , 分 别 按 20cm 20c m 的 网 度 测 量 巷 道 壁 面 和 漏 斗 轮 廓 线 距 基 准 面 的 距 离 , 求 出 各 测 点 的 爆 破 深 度 , 按 抛 物 线 法 ( 即 辛 卜 生 法 ) 计 算 求 得 漏 斗 各 断 面 的 面 积 Si 。Si = B ( Y0 + Y n ) + 2 ( Y2 + Y4 + + Y2 i + ) + 4 ( Y1 + Y3 + + Y2 i + 1 + ) 3式 中 : S 漏 斗 某 断 面 面 积 ( m2B测 点 间 距 , B = 0. 2m ;) ( i = 1 , 2 , 3 , )

44、 ;Yi 第 i 点 爆 破 深 度 ( m ) 。图 1 4 爆 破 漏 斗 体 积 测 量 方 法 示 意 图图 1 5 爆 破 漏 斗 体 积 现 场 测 量n第 一 章 爆 破 漏 斗 试 验 技 术 在 深 孔 爆 破 中 的 应 用 7 各 断 面 面 积 求 出 后 , 按 棱 台 体 求 得 漏 斗 体 积 V :V = B ( S1 + Sn ) + 2 ( S1 + S2 + + Si + ) Si Si + 1 (1 6)3(2 ) 爆 破 漏 斗 半 径 测 量i = 1炮 孔 爆 破 后 , 扣 除 漏 斗 口 周 围 岩 石 片 落 部 分 , 圈 定 漏 斗 口

45、的 边 界 。 而 后 以 炮 孔 为 中 心 , 间 隔 45直 接 量 取 8 个 不 同 方 位 的 漏 斗 半 径 Ri , 然 后 取 其 平 均 值 作 为 漏 斗 半 径 。1. 3. 5. 1 单 孔 爆 破 漏 斗 试 验 结 果经 试 验 和 统 计 、 计 算 所 得 的 两 种 爆 破 漏 斗 试 验 结 果 分 别 如 表 1 3、 表 1 4 所 示 。 主 要 的单 孔 爆 破 漏 斗 如 图 1 6 所 示 。3 2炮 孔 编 号 药 包 中 心 埋 深 ( m ) 漏 斗 体 积 ( m3 ) 漏 斗 深 度 ( m ) 漏 斗 半 径 ( m ) 埋 深 比

46、 单 位 炸 药 爆 破 体 积 ( m3/ kg) 块 度 评 价11 27461 321 11. 0 20. 9 90. 7 60. 5 50. 4 80. 4 70. 4 60. 4 000. 0 20 . 02 60 . 26 80 . 09 90 . 07 60 . 55 40 . 07 600 . 250 . 400 . 730 . 450 . 360 . 470 . 2200. 1 60. 4 10. 6 70. 5 90. 5 30. 7 00. 5 410. 9 70. 7 50. 5 40. 4 70. 4 60. 4 50. 3 90. 0 0 00. 0 8 00. 0

47、 8 70. 8 9 30. 3 3 00. 3 0 41. 8 4 70. 3 0 4较 均 匀 较 均 匀有 大 块 、 碎 块 较 均 匀 个 别 大 块 多 大 块不 均 匀4 粘 性 硝 铵 炸 药 单 孔 爆 破 漏 斗 试 验 数 据炮 孔 编 号 药 包 中 心 埋 深 ( m ) 漏 斗 体 积 ( m3 ) 漏 斗 深 度 ( m ) 漏 斗 半 径 ( m ) 埋 深 比 单 位 炸 药 爆 破 体 积 ( m3/ k g) 块 度 评 价8补 1103补 35149补 21. 2 00. 9 80. 8 10. 7 50. 6 10. 5 70. 5 40. 5 30.

48、 4 0000. 0 641 . 280. 0 160. 0 440. 0 670. 4 390. 0 40000. 2 60. 6 80. 3 80. 2 80. 4 3000. 3 20. 8 60. 4 60. 6 00. 7 1110. 8 30. 7 70. 6 20. 4 80. 4 50. 4 40. 4 1000. 15 64. 2 70. 05 30. 14 70. 26 80. 46 30. 13 3均 匀 碎 块 大 块 多 难 爆难 爆 、 碎 块 较 均 匀 块 度 不 均从 爆 破 漏 斗 显 示 的 新 鲜 岩 面 可 以 看 出 , 2 # 、 3 # 、 4

49、# 尤 其 是 前 两 个 漏 斗 , 岩 石 结 构 面 倾 向 与 爆 破 作 用 方 向 一 致 , 且 其 为 急 倾 斜 。 这 明 显 出 现 了 有 利 于 炸 药 能 量 利 用 以 及 岩 块 沿 结 构 面 抛掷 的 情 况 , 这 几 个 漏 斗 的 爆 堆 也 出 现 了 沿 结 构 面 剥 离 的 大 块 , 因 此 出 现 了 2 # 、 3 # 漏 斗 体 积 过 大 的 现 象 。 为 不 失 比 较 和 一 般 性 , 在 进 行 数 据 分 析 、 处 理 时 应 剔 除 这 两 组 数 据 。由 试 验 可 以 看 出 :(1 ) 节 理 裂 隙 对 爆 破 漏 斗 形 成 有 很 大 影 响 。 具 体 表 现 在 对 漏 斗 形 状 、 漏 斗 体 积 、 爆 破 块 度 、 炸 药 单 耗 等 方 面 。 如 图 1